Extrait du Codex de Dresde montrant des dessins de Vénus

Les anciens Grecs pensèrent également que Vénus était 2 corps distincts, une étoile du matin et une étoile du soir. Ils les appelèrent respectivement Φωσϕόρος (Phōsphoros), signifiant apporteur de lumière, d'où l'élément phosphore, alternativement Ἠωςϕόρος (Ēōsphoros), signifiant aurore pour l'étoile du matin, et Ἕσπερος (Hesperos), signifiant occidental, pour l'étoile du soir.

Pline l'Ancien attribue la découverte qu'ils étaient un seul objet céleste à Pythagore au VIe siècle AEC, tandis que Diogène Laërtius soutient que Parménide fut probablement responsable de cette redécouverte. Plus tard, bien que les anciens Romains aient reconnu Vénus comme un seul objet céleste, les deux noms grecs traditionnels ont continué à être utilisés et aussi traduits en latin par Lucifer signifiant : porteur de lumière pour l'apparition du matin et Vesper pour celle du soir.

Au IIe siècle de notre ère, Ptolémée émet l'hypothèse dans son traité d'astronomie Almageste que Mercure et Vénus sont situées entre le Soleil et la Terre, au sein d'un système géocentrique.

Parallèlement, les Mayas considèrent Vénus comme le corps céleste le plus important après le Soleil et la Lune. Ils l'appellent Chac ek ou Noh Ek, signifiant la grande étoile et savent qu'il ne s'agit que d'un seul astre. Les cycles de Vénus font l'objet d'un calendrier retrouvé dans le Codex de Dresde et les Mayas suivent les apparitions et conjonctions de Vénus à l'aube et au crépuscule. Ce calendrier repose notamment sur leur observation que 5 périodes synodiques de la planète correspondent à 8 années terrestres, cause du pentagramme de Vénus. De nombreux événements de ce cycle étaient associés au mal et les guerres ont parfois été coordonnées pour coïncider avec les phases du cycle.

Al-Khwârizmî, dit Algorismus, mathématicien, géographe et astronome d’origine perse, établit au IXe siècle des tables astronomiques basées sur l’astronomie hindoue et grecque. Il étudie ainsi la position et la visibilité de la Lune et ses éclipses, du Soleil et des cinq planètes visibles à l'œil nu. Il est le premier d'une longue série de scientifiques arabes.

Au XIe siècle, l'astronome perse Avicenne affirme avoir observé un transit de Vénus, ce qui constituera une confirmation de la théorie de Ptolémée pour les astronomes ultérieurs. Au XIIe siècle, l'astronome andalou Ibn Bajjah observe deux planètes comme des taches noires sur la face du Soleil et Averroès déclare que le neveu de Sa'd ibn Mu'adh avait assisté à un transit simultané de Vénus et de Mercure, annonçant avoir calculé leurs trajectoires et qu'elles étaient en conjonction à ce moment pour soutenir sa thèse. Cette observation sera ensuite citée par Nicolas Copernic dans Des révolutions des sphères célestes. Qotb al-Din Chirazi, astronome de l'école de Maragha, considére également au XIIIe siècle ces observation comme des transits de Vénus et de Mercure.

En réalité, il n'y a pas eu de transit de Vénus du vivant d'Ibn Bajjah et les transits de deux planètes n'ont pas pu être simultanés comme le décrit Averroès. Aussi, si Avicenne n'a pas noté le jour où il aurait observé un transit et s'il y a bien eu un transit de son vivant, celui-ci ne pouvait être visible pour lui du fait de sa position géographique.

D'une façon générale, des doutes ont été soulevés par des astronomes plus récents sur l'observation des transits par les astronomes médiévaux arabes, ceux-ci ayant été potentiellement confondus avec des taches solaires. Ainsi, toute observation d'un transit de Vénus avant les télescopes reste spéculative.

À partir du XVIIe siècle

Le physicien italien Galilée invente la lunette astronomique en 1609. En mai 1610, il l'utilise pour observer Vénus et constate que la planète présente des phases, comme la Lune. Il note qu'elle montre une phase semi-éclairée lorsqu'elle est au plus fort de son élongation et qu'elle apparaît comme un croissant ou une phase complète lorsqu'elle est au plus proche du Soleil dans le ciel. Galilée en déduit que Vénus est en orbite autour du Soleil, ce qui est l'une des premières observations contredisant clairement le modèle géocentrique de Claude Ptolémée selon lequel le Système solaire serait concentrique et centré sur la Terre.

Le transit de Vénus de 1639 est prédit avec précision par Jeremiah Horrocks puis observé par lui et son ami, William Crabtree, dans leurs maisons respectives, le 4 décembre 1639. Si l'on considère les observations des astronomes arabes comme contestées, il s'agit donc des premiers Hommes à avoir observé un transit de Vénus.

En 1645, une première observation d'un supposé satellite de Vénus est faite par Francesco Fontana, ultérieurement dénommé Neith. D'autres observations seront faites pendant les deux siècles suivants dont celles de Giovanni Cassini ou de Joseph-Louis Lagrange, mais l'existence de Neith est finalement réfutée à la fin du XIX siècle et les observations attribuées à des erreurs ou des illusions d'optique.

Vers 1666, Cassini estime à un peu plus de 23 h la période de rotation de Vénus, sans parvenir à identifier s'il s'agit vraiment d'une rotation ou bien d'une libration. Cette erreur par rapport à la valeur réelle maintenant connue est notamment due aux marques de mouvement sur la surface de la planète créées par son atmosphère dense, dont l'existence n'était alors pas connue.

Vers 1726, Francesco Bianchini observe, ou croit observer, grâce à une lunette particulièrement puissante des taches sur la surface de la planète indiquant des étendues similaires aux mers lunaires. Il réalise ainsi le premier planisphère de Vénus.

Pour les transits de Vénus de 1761 et de 1769, de grandes expéditions sont organisées à travers le monde afin de réaliser des observations permettant de mesurer l'unité astronomique à l'aide de la méthode de la parallaxe. Des noms telles que ceux de James Cook et de Guillaume Le Gentil restent associés à ces expéditions. Cependant, les résultats de la mesure de l'UA réalisés en 1771 par Jérôme de Lalande sont décevants en raison de la mauvaise qualité des observations.

L'atmosphère de Vénus est également découverte en 1761 par le polymathe russe Mikhail Lomonosov, puis observée en 1792 par l'astronome allemand Johann Schröter. Schröter découvre en effet que lorsque la planète est un mince croissant, ses pointes s'étendent sur plus de 180° ; il suppose donc que cela est dû à l'effet de la dispersion de la lumière du soleil dans une atmosphère dense. Plus tard, l'astronome américain Chester Lyman observe un anneau complet autour de la planète alors qu'elle est en conjonction inférieure, fournissant des preuves supplémentaires d'une atmosphère.

De nouvelles expéditions sont organisées pour les transits de 1874 et de 1882, aboutissant à de meilleures approximation de l'UA, d'études de l'atmosphère vénusienne et de la plus ancienne expérimentation de film connue, le Passage de Vénus par l'astronome français Jules Janssen.

L'atmosphère, qui avait auparavant compliqué les efforts pour déterminer une période de rotation d'observateurs tels que Cassini et Schröter, est prise en compte en 1890 par Giovanni Schiaparelli et d'autres qui optent alors pour une période de rotation de 225 j environ, ce qui aurait alors correspondu à une rotation synchrone avec le Soleil.

À partir du XXe siècle

Peu de choses ont été découvertes sur la planète jusqu'au XXe siècle. Son disque presque sans relief ne donnant aucune indication sur sa surface du fait de l'épaisse atmosphère, ce n'est qu'avec le développement d'observations spectroscopiques, radar et ultraviolettes que plus d'informations ont été obtenues.

Les observations spectroscopiques des années 1900 ont donné les premiers indices plus précis sur la rotation vénusienne. Vesto Slipher essaie de mesurer le décalage Doppler de la lumière de Vénus, mais constate qu'il ne peut détecter aucune rotation. Il en déduit que la planète doit avoir une période de rotation beaucoup plus longue qu'on ne le pensait auparavant.

Les premières observations ultraviolettes sont effectuées dans les années 1920, lorsque Frank E. Ross constate que les photographies ultraviolettes révèlent des détails absents dans le rayonnement visible et infrarouge. Il suggère que cela est dû à une atmosphère inférieure dense et jaune avec de hauts nuages de cirrus.

Des travaux ultérieurs dans les années 1950 montrent que la rotation est rétrograde. Aussi, des observations radar de Vénus sont effectuées pour la première fois dans les années 1960 et fournissent les premières mesures de la période de rotation, qui sont alors déjà proches de la valeur exacte connue soixante ans plus tard. C'est aussi l'observation radio qui indique en 1958, soit bien avant l'atterrissage de la sonde Venera 7 en 1970, que la température du sol de la planète est de l'ordre de 500 °C.

Dans les années 1970, les observations radar révèlent pour la première fois des détails de la surface vénusienne. Des impulsions d'ondes radio sont diffusées sur la planète en utilisant le radiotélescope de 300 m à l'Observatoire Arecibo et les échos révèlent deux régions hautement réfléchissantes, désignées Alpha Regio et Beta Regio. Les observations révèlent également une région brillante attribuée à une montagne, qui est appelée Maxwell Montes. Ces 3 caractéristiques sont désormais les seules sur Vénus à ne pas avoir de prénom féminin car nommées avant la normalisation de l'Union astronomique internationale.

Exploration

L'exploration de Vénus à l'aide de sondes spatiales commence au début des années 1960, peu après l'envoi du premier satellite artificiel en orbite, Spoutnik 1.

Une vingtaine d'entre elles ont depuis visité la planète, que ce soit pour de simples survols, pour des séjours plus longs en orbite autour de Vénus, ou encore pour larguer des modules d'observation dans l'atmosphère et à la surface de Vénus. Jusque dans les années 2000, l'exploration de cette planète était uniquement réalisée par l'Union Soviétique et les États-Unis.

La première mission d'envoi de sonde spatiale sur Vénus, et d'une façon générale sur une autre planète que la Terre, commence avec le programme soviétique Venera (Vénus en français) en 1961. Cependant, ce sont les États-Unis qui connaissent le premier succès avec la mission Mariner 2 le 14 décembre 1962, devenant la première mission interplanétaire réussie de l'histoire, passant à près de 35 km au-dessus de la surface de Vénus et collectant des données sur l'atmosphère de la planète et sa température de surface évaluée à près de 700 K. La sonde ne détecte pas de champ magnétique au voisinage de la planète et met en évidence la quasi-absence d'eau dans l'atmosphère vénusienne. Les informations envoyées par Mariner 2 complètent les observations radar réalisées depuis le sol terrestre la même année, notamment à l'observatoire Goldstone en Californie, qui ont permis d'estimer la période de rotation de la planète, inconnue jusqu'alors.

En octobre 1967, la sonde soviétique Venera 4 entre avec succès dans l'atmosphère vénusienne et réalise des expériences. La sonde montre que la température de surface est plus chaude que ce que Mariner 2 avait calculée, détermine que l'atmosphère est composée à 95 % de dioxyde de carbone et découvre que l'atmosphère de Vénus est considérablement plus dense que ce que les concepteurs de la sonde ne l'avaient prévu. La sonde Venera 4 parvient à lancer une capsule vers le sol vénusien, et celle-ci transmet des données sur la composition de l'atmosphère vénusienne jusqu'à une altitude de 24 km. En parallèle, les américains lancent Mariner 5 dont les données seront analysées conjointement avec celles de Venera 4 par une équipe scientifique soviéto-américaine dans une série de colloques au cours de l'année suivante, ce qui constitue un premier exemple de coopération spatiale en pleine Guerre froide.

En 1974, Mariner 10 transite par Vénus lors d'une manœuvre d'assistance gravitationnelle lui permettant de se diriger vers Mercure. La sonde prend des photographies ultraviolettes des nuages pendant le survol, révélant des vitesses de vent très élevées dans l'atmosphère vénusienne.

En 1975, les atterrisseurs soviétiques Venera 9 et 10 transmettent les premières images de la surface de Vénus, qui étaient alors en noir et blanc. Venera 9 devient alors la première sonde de l'humanité à se poser sur une autre planète que la Terre, et la première à retransmettre des clichés de sa surface. En mars 1982, les premières images couleur de la surface sont obtenues par les atterrisseurs soviétiques Venera 13 et 14, lancés à quelques jours d'intervalle.

La NASA obtient des données supplémentaires en 1978 avec le projet Pioneer Venus qui comprend 2 missions distinctes : Pioneer Venus Orbiter et Pioneer Venus Multiprobe. Le programme soviétique Venera réalise en octobre 1983, lorsque les sondes Venera 15 et 16 sont placées en orbite, une cartographie détaillée de 25 % du terrain de Vénus du pôle Nord à 30° de latitude Nord.

Vénus est par la suite régulièrement survolée afin de réaliser des manœuvres d'assistance gravitationnelle, notamment par les sondes soviétiques Vega 1 et Vega 2 (1985), qui profitent de leur passage autour de la planète pour y larguer chacune un ballon atmosphérique et un atterrisseur, avant de se diriger vers la Comète de Halley. Toutefois, aucun atterrisseur ne parvient à la surface, leur parachute ayant été arraché par les vents violents de l'atmosphère vénusienne.

Par la suite, Galileo (1990) effectue le même type de manœuvre avant d'aller sur Jupiter, tout comme Cassini et Huygens (1998) avant d'aller sur Saturne et Messenger (2006) avant d'aller sur Mercure. Lors de son survol, la sonde Galileo fait des observations en proche infrarouge.

En orbite pendant quatre ans autour de Vénus, entre 1990 et 1994, la sonde Magellan réalise une cartographie complète et très précise, avec une résolution horizontale inférieure à 100 m, de la surface de la planète. La sonde spatiale utilise pour cela un radar, seul instrument capable de percer l'épaisse atmosphère de Vénus. Un relevé altimétrique est également effectué. Cette cartographie détaillée montre un sol remarquablement jeune géologiquement parlant de l'ordre de 500 millions d'années, la présence de milliers de volcans et une absence de tectonique des plaques telle qu'on la connait sur Terre, mais de nouvelles analyses suggèrent que la surface est divisée en blocs rocheux, ramollis par la chaleur intense de l'environnement et semblent se déplacer entre eux à la manière des blocs de glace de la banquise terrestre.

La sonde Vénus Express de l'Agence spatiale européenne est lancée en novembre 2005 et observe Vénus depuis avril 2006 jusqu'au 16 décembre 2014. Elle permet de réaliser plusieurs découvertes importantes dont une possible activité volcanique récente, le ralentissement de sa vitesse de rotation ou encore la présence d'une queue magnétique.

En 2007, une mission européenne Venus Entry Probe est prévue pour permettre l'exploration in situ de l'atmosphère vénusienne grâce entre autres à un ballon naviguant à une altitude de 55 km, mais elle n'aboutit finalement pas.

En 2014, des chercheurs de la NASA présentent le projet High Altitude Venus Operational Concept qui vise à établir une colonie humaine installée dans des dirigeables à 50 km d'altitude où la température n'est que de 75° et la pression proche de celle de la Terre. À la fin des années 1960, la NASA avait déjà étudié la possibilité d'utiliser des éléments du programme Apollo afin de réaliser un survol habité de Vénus avec un équipage de 3 astronautes qui auraient effectué le voyage aller-retour en une année environ.

En 2016, le programme Institute for Advanced Concepts de la NASA commence à étudier un rover (astromobile), l'Automaton Rover for Extreme Environments, conçu pour survivre longtemps dans les conditions environnementales de Vénus. Il serait contrôlé par un ordinateur mécanique et alimenté par l'énergie éolienne.

Depuis 2016, une sonde de la JAXA, Akatsuki, est sur une orbite très elliptique autour de Vénus. Lancée en 2010, mais arrivée avec 5 ans de retard à cause d'une panne de propulseur lors de son insertion initiale, il s'agit de la seule sonde en orbite autour de Vénus en 2020. Elle a pour objectif de mieux comprendre ce qui a mené la planète à son état actuel, notamment son effet de serre. L'engin a permis de découvrir la présence, à 64 km d'altitude, d'une onde de gravité longue de 10 000 km et 65 km de large, stationnaire par rapport au sol et pouvant perdurer plusieurs jours : contrairement aux ondes de gravité sur Terre qui disparaissent très vite. Akatsuki a également pris des clichés dans l'infrarouge de la face nocturne de Vénus.

Le 19 octobre 2018, la sonde européenne BepiColombo, réalisée en partenariat avec la JAXA nippone, décolle vers la planète Mercure. Durant son trajet, elle réalisera 2 survols de la planète Vénus, durant lesquels elle effectuera plusieurs expériences, servant notamment à tester les instruments de la sonde avant son arrivée autour de Mercure en 2025.

Habitabilité

La spéculation sur l'existence de la vie sur Vénus a considérablement diminué depuis le début des années 1960, lorsque les véhicules spatiaux ont commencé à étudier la planète et qu'il est devenu clair que les conditions sur Vénus sont bien plus hostiles que celles sur Terre.

Vénus possédant des températures de surface de près de 462° avec une pression atmosphérique 90 fois supérieure à celle de la Terre, l'impact extrême de l'effet de serre rend improbable la vie à base d'eau comme elle est actuellement connue.

Quelques scientifiques ont émis l'hypothèse de l'existence de microorganismes extrémophiles thermoacidophiles dans les couches supérieures acides à basse température de l'atmosphère vénusienne. Aussi, en août 2019, les astronomes ont signalé que le nouveau modèle à long terme d'absorbance et de changement d'albédo dans l'atmosphère de la planète Vénus est causé par des absorbeurs inconnus, qui peuvent être des produits chimiques ou même de grandes colonies de micro-organismes haut dans l'atmosphère de la planète.

En septembre 2020, le grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama et le James Clerk Maxwell Telescope observent la signature de phosphine gazeuse dans le spectre de l'atmosphère de Vénus, et ce en l'absence de mécanismes naturels abiotiques connus de production en quantité suffisante de cette molécule sur une planète tellurique.

Toutefois, l'article paru dans Nature reste prudent : "Questions of why hypothetical organisms on Venus might make PH3 are also highly speculative". La NASA ainsi que différents journaux scientifiques appellent à la prudence sur les résultats de détection de la phosphine ainsi que sur ses potentielles origines. En novembre, l'observation elle-même est contestée, notamment en raison d'erreurs de calibration du télescope.